缓存(Caching)是一种存储机制,旨在提供高速访问已保存的数据或计算结果。通过将数据存储在临时存储位置,当再次需要这些数据时,可以迅速从缓存中检索,而不是重新进行原始数据的昂贵或时间耗费的获取和计算过程。缓存可以存在于各种层次,如硬件(CPU缓存)、软件(Web浏览器缓存)、也可作为专门的存储系统(如内存中的分布式缓存)。有效的缓存策略可以显著提高应用程序的响应速度和性能。
计算机系统中访问数据的模式往往表现出明显的局部性原理。这意味着某些数据或指令一旦被访问,很可能在短时间内再次被访问(时间局部性),或者与它们相邻的数据也将被访问(空间局部性)。缓存利用这一原理,通过以下步骤来提高数据访问效率:
例如,一个典型的Web应用缓存可能工作如下:用户请求一个经常被访问的页面,比如首页。服务器检查其缓存,找到了页面的内容,并将其作为响应发送给用户,而不是重新从硬盘上读取文件或重新执行数据库查询。若缓存中没有找到该页面,服务器则会生成页面,响应用户,并将页面内容存入缓存以备将来使用。通过这种方式,缓存减少了对慢速存储系统的依赖,提高了应用程序的吞吐量和响应时间。对于数据库密集型的应用,缓存可以显著提高性能并减少数据库的负载。